[發明專利]一種用于卸胎機軸承多軸疲勞壽命的預測方法

有效

• 申請號: 202110636711.8
• 申請日: 2021-06-08
• 公開（公告）號: CN113312822B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 凌靜秀;程龍;王乾廷
• 申請（專利權）人: 福建工程學院
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06T17/00;G06F119/04;G06F119/14
• 代理公司: 福州君誠知識產權代理有限公司 35211
• 代理人: 戴雨君

1.一種用于卸胎機軸承多軸疲勞壽命的預測方法，其特征在于：所述預測方法包括以下步驟：

1)根據卸胎機結構，建立卸胎機三維模型，并將卸胎機三維模型導入ADAMS中進行動力學仿真分析，模擬卸胎機運作狀況，獲得卸胎機最下方搖臂處軸承處的動載荷譜；

2)建立卸胎機最下方搖臂處軸承的三維模型；

3)將卸胎機最下方搖臂處軸承的三維模型與ADAMS獲得的動載荷譜導入ANSYS中對卸胎機最下方搖臂處軸承進行瞬態動力學分析，獲得卸胎機最下方搖臂處軸承的等效應力載荷譜；

4)根據瞬態動力學分析，在ANSYS找出等效應力最大的節點并獲取等效應力最大節點的應力、應變時間歷程；

5)根據等效應力最大的節點的應力、應變，結合彈性力學，進行最大正應變的最大剪應變面的搜索，并將此面作為臨界面，計算臨界面上的法向正應變、剪應變、正應力，并記錄法向正應變、剪應變、正應力隨時間變化的歷程；

6)對法向正應變、剪應變、正應力的三參數進行循環計數；

7)結合Wang-Brown模型，進行壽命預測；

步驟5)中確定臨界面的具體方法如下：

根據瞬態動力學分析得到的等效應力最大節點的應力、應變，結合彈性力學，旋轉應力、應變坐標到任意平面，求得任意面上的應力與應變，轉換公式如下式(1)、(2)、(3)所示，其中θ、兩角度取值范圍均為[0°，180°)，θ、取一個搜索步長進行臨界面的搜索，其余應變、應力分量同理可得；

ε'＝(M)^Tε(M) (1)；

σ'＝(M)^Tσ(M) (2)；

式中，ε、σ為原坐標系下應變、應力張量，ε′、σ′為旋轉后新坐標系下應變、應力張量；

其中，轉換矩陣M為：

找出這一時刻具有最大法向正應變的最大剪應變面作為臨界面；

對相鄰的兩個臨界面進行加權平均，權值W(t)計算公式如式(4)所示，

式中，τ_-1為剪切疲勞極限，G為剪切模量，D(t)為這一時刻損傷度，γ_max為最大剪應變，損傷度通過最大剪應變求得，計算公式如式(5)、(6)所示，

D(t)＝1/N_k (6)；

式中，σ′_f為疲勞強度系數，σ_b為軸承鋼抗拉強度，b、c分別為疲勞強度指數與疲勞延性指數，ε′_f為疲勞延性系數，N_k為疲勞壽命；加權臨界面位向計算公式如式(7)、(8)、(9)所示，

式中，θ(t)、為不同時刻的臨界面，通過對不同時刻兩臨界面進行加權平均，確定最終的臨界面；

步驟7)的具體方法如下：Wang-Brown模型如式(10)：

其中，為最大剪應變幅，為一個剪應變循環中最大法向正應變變程，σ_n,mean為一個剪應變循環中的平均正應力，υ為泊松比，N_f為壽命值，E為彈性模量，σ′_f和b為疲勞強度系數和指數，ε′_f和c為疲勞延性系數和指數，多軸參數S由拉伸和扭轉疲勞極限確定，多軸參數S公式如式(11)：

式中，τ_-1、σ_-1分別為扭轉極限和拉伸極限；

將循環計數得到的剪應變循環與最大正應變變程合成一個等效應變同時將對應的平均正應力代入，求出N_f，并求出這一參數下的損傷D_f＝1/N_f，將上述全部循環的參數依次代入式(10)，求出每次的損傷，最后根據線性Miner公式，將每次的損傷進行線性累加，求出一周期的損傷度，再折算成時長，即獲得最下方搖臂處軸承的疲勞壽命。

2.根據權利要求1所述的一種用于卸胎機軸承多軸疲勞壽命的預測方法，其特征在于：步驟1)中，最下方搖臂處軸承動載荷譜均包括豎向力載荷譜、軸向力載荷譜和橫向載荷譜。

3.根據權利要求1所述的一種用于卸胎機軸承多軸疲勞壽命的預測方法，其特征在于：步驟3)中進行瞬態動力學分析的方法如下：設置卸胎機最下方搖臂處軸承的材料，對卸胎機最下方搖臂處軸承進行約束與載荷施加，設置外圈完全固定，內圈底面全約束，以柱坐標系約束滾珠繞公轉方向的轉動以模擬約束架對其的作用，滾珠與內圈、外圈采用有摩擦接觸，算法采用增廣拉格朗日算法，設置接觸剛度，進行網格劃分，獲得搖臂處軸承，獲得卸胎機最下方搖臂處軸承的等效應力載荷譜。